DE19804004B4 - Verfahren zum Herstellen eines CCD-Bildsensors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines CCD-Bildsensors mit folgenden Schritten:
– Herstellen einer p-Schicht (52) auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (51);
– Herstellen eines BCCD (53) im Oberflächenbereich der p-Schicht (52);
– Herstellen eines Ausgabegates (56a) und eines Rücksetzgates (56b) mit vorbestimmten Abstand zueinander auf dem BCCD (53);
– Herstellen eines potentialungebundenen Diffusionsbereichs (60) im BCCD (53) zwischen dem Ausgabegate (56a) und dem Rücksetzgate (56b) unter Verwendung einer Maskenschicht (59), die anschließend entfernt wird;
– Herstellen einer weiteren Maskenschicht (61) auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur, wobei die weitere Maskenschicht (61) strukturiert wird, um den potentialungebundenen Diffusionsbereich (60) teilweise freizulegen und ein Kontaktloch (62) auszubilden;
– Herstellen einer Metallschicht (63) auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur;
– Abheben der weiteren Maskenschicht (61) zum selektiven Entfernen der Metallschicht (63), um im Kontaktloch (62) einen ohmschen Kontakt (63a) zu dem potentialungebundenen Diffusionsbereich auszubilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines CCD-Bildsensors.
  • Herkömmlicherweise verfügen Festkörper-Bildsensoren über eine Vielzahl photoelektrischer Wandlerbereiche, eine Vielzahl vertikaler Ladungsübertragungsbereiche, einen horizontalen Ladungsübertragungsbereich und einen potentialungebundenen Diffusionsbereich. Die photoelektrischen Wandlerbereiche sind mit vorbestimmtem Intervall mit Matrixanordnung angeordnet, und sie wandeln ein optisches Signal in ein elektrisches Signal um, um Bildladungen zu erzeugen. Die vertikalen Ladungsübertragungsbereiche sind zwischen den jeweiligen photoelektrischen Wandlerbereichen in vertikaler Rich tung ausgebildet, und sie übertragen die in den Wandlerbereichen erzeugten Bildladungen in vertikaler Richtung. Der horizontale Ladungsübertragungsbereich überträgt die in vertikaler Richtung übertragenen Bildladungen in horizontaler Richtung. Der potentialungebundene Diffusionsbereich erfasst die in horizontaler Richtung übertragenen Bildladungen und gibt sie an Peripherieschaltungen aus.
  • 1a ist eine Draufsicht auf einen herkömmlichen potentialungebundenen Diffusionsbereich, und 1b ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1a.
  • Der potentialungebundene Diffusionsbereich FD ist am Ende des horizontalen Ladungsübertragungsbereichs ausgebildet, und er umfasst eine p-Wanne 12, ein vergrabenes CCD (BCCD) 13, ein Ausgabegate (OG) 14, einen potentialungebundenen Diffusionsbereich 15, einen Rücksetz-Drainbereich 16, ein Rücksetzgate 17 und einen Ladungsdetektor. Die p-Wanne 12 ist auf einer Oberfläche eines n-Substrats 11 ausgebildet. Das BCCD 13 ist in der Oberfläche der p-Wanne 12 ausgebildet. Das Ausgabegate 14 ist am oberen Abschnitt des Endes des BCCD 13 ausgebildet, und es überträgt zum Ende des BCCD 13 übertragene Ladungen. Der potentialungebundene Diffusionsbereich 15 ist am Ende des BCCD 13 ausgebildet, und er erfasst die über das Ausgabegate 14 übertragenen Ladungen. Der Rücksetz-Drainbereich 16 ist an einer Seite des potentialungebundenen Diffusionsbereichs 15 ausgebildet, und er setzt das durch die erfassten Ladungen erzeugte Potential zurück. Das Rücksetzgate 17 ist im oberen Abschnitt zwischen dem potentialungebundenen Diffusionsbereich 15 und dem Rücksetz-Drainbereich 16 ausgebildet und überträgt die erfassten Ladungen an den letzteren. Der Ladungsdetektor (nicht dargestellt) besteht aus Transistoren, die mit einem potentialungebundenen Gate 18 des potentialungebundenen Diffusionsbereichs 15 verbunden sind, um die Ladungen zu erfassen.
  • Beim obengenannten herkömmlichen potentialungebundenen Diffusionsbereich fließt ein Strom von diesem zum Rücksetz-Drainbereich 16, wenn eine Vorspannung an das Rücksetzgate 17 und den Rücksetz-Drainbereich 16 angelegt wird.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 2a bis 2f, die Schnittansichten dieses herkömmlichen CCD-Bildsensors sind, ein Verfahren zum Herstellen desselben erläutert.
  • Wie es in 2a dargestellt ist, wird eine p-Wanne 22 auf einer Oberfläche eines n-Halbleitersubstrats 21 hergestellt. In einen vorbestimmten Bereich der p-Wanne 22 werden Ionen implantiert, um ein BCCD 23 herzustellen, das als horizontaler Ladungsübertragungskanal verwendet wird.
  • Auf der gesamten Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 21, einschließlich dem BCCD 23, werden ein Gateoxidfilm 24 und ein Nitridfilm 25 zur Gateisolierung sequentiell hergestellt. Auf dem Nitridfilm 25 wird eine Polysiliziumschicht 26 hergestellt, auf der dann ein erster Photoresist 27 abgeschieden wird, der durch Belichtungs- und Entwicklungsprozesse strukturiert wird.
  • Wie es in 2b dargestellt ist, wird die Polysiliziumschicht 26 unter Verwendung des strukturierten ersten Photoresists 27 als Maske selektiv entfernt, um ein Ausgabegate 26a und ein Rücksetzgate 26b auszubilden.
  • Anschließend wird auf der gesamten Oberfläche des n-Halbleitersubstrats einschließlich des Ausgabegates 26a und des Rücksetzgates 26b ein Oxidfilm 28 hergestellt. Dieser Oxidfilm 28 wird dann selektiv so entfernt, dass er in oberen und seitlichen Abschnitten des Ausgabegates 26a und des Rücksetzgates 26b verbleibt.
  • Wie es in 2c dargestellt ist, wird ein zweiter Photoresist 29 auf der gesamten Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 21 einschließlich des Oxidfilms 28 abgeschieden und durch Belichtungs- und Entwicklungsprozesse strukturiert.
  • Dann wird der Nitridfilm 25 selektiv unter Verwendung des strukturierten zweiten Photoresists 29 als Maske so entfernt, dass die Oberfläche des Gateoxidfilms 24 teilweise freigelegt wird.
  • Danach werden Fremdstoffionen unter Verwendung des strukturierten zweiten Photoresists 29 als Maske in die gesamte Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 21 implantiert, um einen potentialungebundenen Diffusionsbereich 30 für Ohmschen Kontakt in einem vorbestimmten Bereich des BCCD 23 auszubilden.
  • Wie es in 2d dargestellt ist, wird dann der zweite Photoresist 29 entfernt. Auf die gesamte Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 21 wird ein dritter Photoresist 31 aufgetragen, und dieser wird durch Belichtungs- und Entwicklungsprozesse strukturiert.
  • Anschließend wird der Gateoxidfilm 24 unter Verwendung des strukturierten Photoresists 31 als Maske selektiv entfernt, um die Oberfläche des potentialungebundenen Diffusionsbereichs 30 teilweise freizulegen, wobei ein Kontaktloch 32 ausgebildet wird.
  • Wie es in 2e dargestellt ist, wird dann der dritte Photoresist 31 entfernt. Auf der gesamten Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 21 wird eine Metallschicht 33 mit dem Kontaktloch 32 hergestellt. Auf der Metallschicht 33 wird ein vierter Photoresist 34 abgeschieden und dann durch Be lichtungs- und Entwicklungsprozesse strukturiert.
  • Wie es in 2f dargestellt ist, wird die Metallschicht 33 unter Verwendung des strukturierten vierten Photoresists 34 als Maske für einen Ohmschen Kontakt mit dem potentialungebundenen Diffusionsbereich 30 strukturiert. In Ergebnis ist eine leitende Verbindung 33a zwischen dem potentialgebundenen Diffusionsbereich und einem nicht dargestellten potentialgebundenen Gate ausgebildet, die Bildladungen in das Kontaktloch 32 und in einem oberen Abschnitt des Nitridfilms 25 benachbart zum Kontaktloch 32 an Peripherieschaltungen (nicht dargestellt) ausgibt.
  • Im allgemeinen können die gesamten durch Licht erzeugten Ladungen als Qsig = Cin·Vout ausgedrückt werden, wobei Cin die Gesamtkapazität ist, wie sie über einen Messverstärker am potentialungebundenen Diffusionsbereich anliegt, und Vout die Messspannung im potentialungebundenen Diffusionsbereich ist.
  • Außerdem kann durch den obigen Ausdruck Vout = Qsig/Cin erhalten werden. Daraus ist ersichtlich, dass die Messspannung am potentialungebundenen Diffusionsbereich um so niedriger ist, je größer Cin ist.
  • Beim herkömmlichen CCD-Herstellverfahren besteht das folgende Problem. Da der Kontakt zu dem potentialgebundenen Diffusionsbereich in weitem Umfang um das Kontaktloch herum, einschließlich desselben ausgebildet ist, um eine Fehlausrichtung des Kontakts zu vermeiden, der für Ohmschen Kontakt mit dem potentialungebundenen Diffusionsbereich verwendet wird, treten im letzteren parasitäre Kapazitäten auf. Im Ergebnis existiert eine Beschränkung hinsichtlich einer Erhöhung der Messspannung im potentialungebundenen Diffusionsbereich.
  • Die US-A 5,477,070 beschreibt ein CCD mit einem ersten und einem zweiten Gate, die mit Abstand zueinander angeordnet sind und zwischen denen ein potentialungebundener Diffusionsbereich vorgesehen ist. Der potentialungebundene Diffusionsbereich ist mit einem Kontakt versehen, dessen Ausbildung weder dargestellt noch beschrieben ist. Ferner ist dieser Schrift kein Hinweis darauf zu entnehmen, mit welchen Verfahrensschritten der nicht näher erläuterte Kontakt hergestellt wird.
  • Die US-A 5,387,536 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Gate-Elektrode auf einem Diffusionsbereich, bei dem zunächst auf einem Substrat ein Gate-Oxid ausgebildet wird. Anschließend wird das Gate-Oxid unter Verwendung eines gemusterten Fotoresists als Maske im Bereich eines potentialungebundenen Diffusionsbereichs entfernt, der anschließend unter Verwendung der gleichen Maske hergestellt wird. Anschließend werden nach dem Entfernen der ersten Maske gleichzeitig eine Gate-Elektrode, eine Rücksetz-Gate-Elektrode und eine Ausgangs-Gate-Elektrode durch Abscheiden einer Gate-Elektrodenmaterialschicht und anschließendes Mustern mit einer Maskenschicht ausgebildet. Hierbei wird für die Ausbildung des potientialungebundenen Diffusionsbereichs und die Herstellung des Kontaktlochs in der Gate-Oxidschicht ein und dieselbe Maske verwendet, so daß zwischen der Gate-Elektrode und dem Diffusionsbereich ein großer Kontaktbereich besteht, der dem Diffusionsbereich entspricht.
  • Bei einer anderen aus der US-A 5,387,536 bekannten Vorrichtung werden ebenfalls das Kontaktloch und der Diffusionsbereich unter Verwendung der gleichen Maskenelemente ausgebildet, so daß der Kontaktbereich zwischen der Gate-Elektrode und dem Diffusionsbereich wiederum bezüglich der Größe des Diffusionsbereichs verhältnismäßig groß ist.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines CCD-Bildsensors zu schaffen, durch das ein potentialungebundener Diffusionsbereich minimiert wird, um die Messspannung zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Zusätzliche Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und gehen teilweise aus dieser hervor, ergeben sich aber andererseits auch beim Ausüben der Erfindung. Die Aufgaben und andere Vorteile der Erfindung werden durch die Maßnahmen erzielt, wie sie speziell in der Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen dargelegt sind.
  • Es ist zu beachten, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die beanspruchte Erfindung sind.
    •
  • Die Zeichnungen, die beigefügt sind, um das Verständnis der Erfindung zu fördern, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, deren Prinzipien zu erläutern.
  • 1a ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen eines herkömmlichen potentialungebundenen Diffusionsbereichs;
  • 1b ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1a;
  • 2a bis 2f sind Schnittansichten zum Veranschaulichen von Herstellprozessschritten für einen herkömmlichen CCD-Bildsensor; und
  • 3a bis 3f sind Schnittansichten zum Veranschaulichen von Herstellprozessschritten für einen erfindungsgemäßen CCD-Bildsensor.
  • Wie es in 3a dargestellt ist, wird auf einer Oberfläche eines n-Halbleitersubstrats 51 eine p-Wanne 52 ausgebildet. In einen vorbestimmten Bereich der p-Wanne 52 werden Ionen implantiert, um ein BCCD 53 auszubilden, das als horizontaler Ladungsübertragungskanal verwendet wird.
  • Auf der gesamten Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 51 einschließlich dem BCCD 53 werden ein Gateoxidfilm 54 und ein Nitridfilm 55 zur Gateisolierung sequentiell hergestellt. Auf dem Nitridfilm 55 wird eine Polysiliziumschicht 56 hergestellt, auf der ein erster Photoresist 57 abgeschieden wird, der durch Belichtungs- und Entwicklungsprozesse strukturiert wird.
  • Wie es in 3b dargestellt ist, wird das Polysilizium 56 unter Verwendung des strukturierten ersten Photoresists 57 als Maske strukturiert, um ein Ausgabegate 56a und ein Rücksetzgate 56b mit vorbestimmtem Abstand auszubilden.
  • Anschließend wird ein Isolierfilm 58 wie ein Interpolysiliziumoxid-Film auf der gesamten Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 51 einschließlich dem Ausgabegate 56a und dem Rücksetzgate 56b hergestellt. Dieser Isolierfilm 58 wird selektiv so entfernt, dass er in oberen und seitlichen Abschnitten des Ausgabegates 56a und des Rücksetzgates 56b verbleibt.
  • Wie es in 3c veranschaulicht ist, wird ein zweiter Photoresist 59 auf der gesamten Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 51 einschließlich dem Oxidfilm 58 abgeschieden und durch Belichtungs- und Entwicklungsprozesse strukturiert.
  • Dann wird der Nitridfilm 55 unter Verwendung des strukturierten zweiten Photoresists 59 als Maske selektiv entfernt, um die Oberfläche des Gateoxidfilms 54 teilweise freizulegen.
  • Danach werden Fremdstoffionen unter Verwendung des strukturierten zweiten Photoresists 59 als Maske in die gesamte Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 51 implantiert, um in einem vorbestimmten Bereich des BCCD 53 einen potentialungebundenen Diffusionsbereich 60 für Ohmschen Kontakt auszubilden.
  • Wie es in 3d dargestellt ist, wird der zweite Photoresist 59 entfernt. Dann wird ein dritter Photoresist 61, der als Maskenschicht dient, auf der gesamten Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 51 abgeschieden und durch Belichtungs- und Entwicklungsprozesse strukturiert.
  • Anschließend wird der Gateoxidfilm 54 unter Verwendung des strukturierten dritten Photoresists 61 als Maske selektiv entfernt, um die Oberfläche des potentialungebundenen Diffusionsbereichs 60 teilweise freizulegen, wodurch ein Kontaktloch 62 ausgebildet wird.
  • Wie es in 3e dargestellt ist, wird auf der gesamten Oberfläche des n-Halbleitersubstrats 61 einschließlich dem Kontaktloch 62 eine Metallschicht 63 hergestellt.
  • Wie es in 3f dargestellt ist, wird der dritte Photoresist 61 durch einen Abhebeprozess entfernt, um einen Kontakt 63a auszubilden, der Bildladungen in Ohmschem Kontakt mit dem potentialungebundenen Diffusionsbereich 60 an Peripherieschaltungen (nicht dargestellt) ausgibt. Beim Abhebeprozess wird der dritte Photoresist 61 dadurch entfernt, dass er in der Metallschicht 63 getrennt wird, und zwar wenn Ultraschall in einer Lösungsmittelflüssigkeit wie Aceton an den dritten Photoresist und die Metallschicht angelegt wird. Dabei wird auch die Metallschicht 63 entfernt. Ein derartiger Abhebeprozess wird im allgemeinen als Prozessschritt beim Herstellen eines Verbindungshalbleiters verwendet.
  • Anders gesagt, wird die auf dem dritten Photoresist 61 ausgebildete Metallschicht 63 gleichzeitig mit dem Entfernen des dritten Photoresists 61 durch den Abhebeprozess entfernt. So kann der Kontakt 63a auf solche Weise hergestellt werden, dass die auf dem potentialungebundenen Diffusionsbereich 60 ausgebildete Metallschicht, wo der dritte Photoresist nicht abgeschieden ist, in einem minimalen Bereich in Ohmschem Kontakt mit dem potentialungebundenen Diffusionsbereich steht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines CCD-Bildsensors weist den Vorteil auf, dass, da der Kontakt zu den potentialgebundenen Diffusionsbereich mit minimalem Bereich in Kontakt mit dem potentialungebundenen Diffusionsbereich ausgebildet ist, geringe parasitäre Kapazitäten auftreten, wodurch die Messspannung im potentialungebundenen Diffusionsbereich erhöht ist.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines CCD-Bildsensors mit folgenden Schritten: – Herstellen einer p-Schicht (52) auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (51); – Herstellen eines BCCD (53) im Oberflächenbereich der p-Schicht (52); – Herstellen eines Ausgabegates (56a) und eines Rücksetzgates (56b) mit vorbestimmten Abstand zueinander auf dem BCCD (53); – Herstellen eines potentialungebundenen Diffusionsbereichs (60) im BCCD (53) zwischen dem Ausgabegate (56a) und dem Rücksetzgate (56b) unter Verwendung einer Maskenschicht (59), die anschließend entfernt wird; – Herstellen einer weiteren Maskenschicht (61) auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur, wobei die weitere Maskenschicht (61) strukturiert wird, um den potentialungebundenen Diffusionsbereich (60) teilweise freizulegen und ein Kontaktloch (62) auszubilden; – Herstellen einer Metallschicht (63) auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur; – Abheben der weiteren Maskenschicht (61) zum selektiven Entfernen der Metallschicht (63), um im Kontaktloch (62) einen ohmschen Kontakt (63a) zu dem potentialungebundenen Diffusionsbereich auszubilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Herstellens eines Isolierfilms (54) zwischen dem BCCD (53) und dem Ausgabegate (56a) sowie zwischen dem BCCD und dem Rücksetzgate (56b).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt des Herstellens eines Nitridfilms (55) zwischen dem Gateisolierfilm (54) und dem Ausgabegate (56a) sowie zwischen dem Gateisolierfilm und dem Rücksetzgate (56b).
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Herstellens eines Isolierfilms (58) in oberen und seitlichen Abschnitten des Ausgabegates (56a) und des Rücksetzgates (56b).
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Maskenschicht (61) ein Photoresist verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Herstellens des potentialungebundenen Diffusionsbereichs (60) im BCCD (53) zwischen dem Ausgabegate (56a) und dem Rücksetzgate (56b) die folgenden Unterschritte umfaßt: – selektives Entfernen des Nitridfilms (55) zwischen dem Ausgabegate und dem Rücksetzgate unter Verwendung eines die Maskenschicht (59) bildenden Photoresists als Maske und – Implantieren von Fremdstoffionen in die gesamte Oberfläche der resultierenden Struktur.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des selektiven Entfernens der Metallschicht (63) auf der weiteren Maskenschicht (61) zusammen mit der letzteren, um den ohmschen Kontakt (63a) zu dem potentialungebundenen Diffusionsbereich im Kontaktloch (62) auszubilden, den Schritt des Anwendens von Ultraschall auf die weitere Maskenschicht und die Metallschicht in einer Lösungsmittelflüssigkeit umfaßt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsmittelflüssigkeit Aceton ist.
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